JP2019511219A - Method of differentiating pluripotent stem cells - Google Patents

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Abstract

【解決手段】多能性幹細胞を分化させる方法を提供することを目的とする。多能性幹細胞を分化させる方法であって、播種培地を備える容器に多能性幹細胞を播種するステップと;前記容器中の前記多能性幹細胞を分化させるステップと;前記多能性幹細胞が前駆段階に到達すると、前記多能性幹細胞を前記容器からバイオリアクターのチャンバ内へ移送するステップと;前記チャンバにおいて前記多能性幹細胞を成熟させるステップとを含み、前記チャンバの床は凹部又は凸部を含み、前記培地の流体が前記チャンバ内を流れ、酸素が前記チャンバへ供給される。
【選択図】図1
An object of the present invention is to provide a method for differentiating pluripotent stem cells. A method of differentiating pluripotent stem cells, comprising the steps of: seeding pluripotent stem cells in a container provided with a seeding medium; differentiating said pluripotent stem cells in said container; and wherein said pluripotent stem cells are precursors Upon reaching the stage, transferring the pluripotent stem cells from the container into the chamber of the bioreactor; and maturing the pluripotent stem cells in the chamber, the floor of the chamber being concave or convex The fluid of the culture medium flows in the chamber and oxygen is supplied to the chamber.
[Selected figure] Figure 1

Description

本発明は、多能性幹細胞を分化させる方法に関するものである。   The present invention relates to methods of differentiating pluripotent stem cells.

従来、肝臓病の起源に関与する細胞及び分子メカニズムを実証するため、新しい治療の開発のため、又は、物質の毒物学上のリスクアセスメントのために、肝臓細胞株、初代細胞及び/又は動物モデルが使用された。これらの異なるモデルを使用して得た結果は、いくつかの理由で批判することができる。最も一般に使用された細胞株は、癌によって生じたものか不死化されたものであり、主なシグナル経路の調節解除をもたらす遺伝子変異を備えている。動物モデルは、ハウジングの費用の理由のため及び倫理的理由のために、全く十分ということではない。より重要なことには、薬の約50%の毒性を効果的に予測することができるので、動物は薬理毒物学上の研究のためによいモデルではない。もし、初代肝細胞が、現在、生体外での肝臓の代謝に関する研究のための基準モデルであるなら、それは多くの制限をも示している。ドナーの数は限られていて、得られた肝細胞の持続性/質は低い。さらに、遺伝的多型ドナーと関係する肝細胞バッチ変動性は、標準化された検査を複雑にする。特に最後のポイントは、肝細胞が、培地内で増殖せず、培地内で実質的に不可逆的に形質を失うことである。成熟して機能的な肝細胞の代替源の開発は、不可欠である。   Traditionally, liver cell lines, primary cells and / or animal models for demonstrating cellular and molecular mechanisms involved in the origin of liver disease, for the development of new treatments or for toxicological risk assessment of substances Was used. The results obtained using these different models can be criticized for several reasons. The most commonly used cell lines are those generated or immortalized by cancer and carry genetic mutations that lead to deregulation of the major signaling pathways. Animal models are not at all sufficient for housing cost reasons and for ethical reasons. More importantly, animals are not a good model for pharmacological toxicology studies, as about 50% toxicity of the drug can be effectively predicted. If primary hepatocytes are currently the reference model for studies of liver metabolism in vitro, it also indicates a number of limitations. The number of donors is limited and the persistence / quality of the obtained hepatocytes is low. Furthermore, hepatocyte batch variability associated with genetic polymorphism donors complicates standardized testing. In particular, the last point is that hepatocytes do not grow in culture and lose substantially irreversibly in culture. Development of alternative sources of mature and functional hepatocytes is essential.

多能性幹細胞から分化した肝細胞が、有望な源として出現した。多能性幹細胞は2つの主要な特性を有し、多能性幹細胞は、身体を構成するすべてのタイプの細胞に分化してもよく(多能性)、かつ、その場限りの条件において培地内で無限に増殖することができる(自己再生)。これらの細胞は、成熟して機能的な分化細胞の潜在的に無尽蔵の源を代表する(例えば、非特許文献1参照。)。   Hepatocytes differentiated from pluripotent stem cells have emerged as a promising source. Pluripotent stem cells have two main properties, and pluripotent stem cells may differentiate into all types of cells that make up the body (pluripotent) and in ad hoc conditions It can multiply indefinitely (self-regeneration). These cells represent a potentially inexhaustible source of mature, functionally differentiated cells (see, eg, Non-Patent Document 1).

R.E. Schwartz, et al. Pluripotent stem cell-derived hepatocyte-like cells. Biotechnology Advances 32(2014):504-513.R. E. Schwartz, et al. Pluripotent stem cell-derived hepatocyte-like cells. Biotechnology Advances 32 (2014): 504-513.

しかしながら、前述のアプローチは、まだ十分に満足なものではない。HEP−LC(肝細胞に似た細胞(Hepatocytes Like Cells))は、成熟が完全でないことを示す原始的な分化パターン(AFP、SOX17)をまだ表している。これらの細胞の非成熟さを説明するために、異なる仮説を立てることができる:(i)これらの細胞と他のコンポーネント肝細胞との間の相互作用の不在;(ii)使用されたシステム内の血行動態ストレスの欠如;(iii)臓器相互作用の欠如;(iv)細胞培地内の自己分泌及びパラ分泌要素の弱い濃度。   However, the aforementioned approach is not yet fully satisfactory. HEP-LC (Hepatocytes Like Cells) still represent a primitive differentiation pattern (AFP, SOX17) indicating that maturation is not complete. Different hypotheses can be made to account for the immaturity of these cells: (i) the absence of interactions between these cells and other component hepatocytes; (ii) within the system used Lack of hemodynamic stress; (iii) Lack of organ interaction; (iv) weak concentrations of autocrine and paracrine elements in cell culture medium.

本発明は、多能性幹細胞を分化させる方法を提供することを目的とする。   The present invention aims to provide a method for differentiating pluripotent stem cells.

したがって、本開示は、多能性幹細胞を分化させる方法であって:播種培地を備える容器に多能性幹細胞を播種するステップと;前記容器中の多能性幹細胞を分化させるステップと;前記多能性幹細胞が前駆段階に到達すると、前記多能性幹細胞を前記容器からバイオリアクターのチャンバ内へ移送するステップと;前記チャンバにおいて前記多能性幹細胞を成熟させるステップとを含み、前記チャンバの床は凹部又は凸部を含み、前記培地の流体が前記チャンバ内を流れ、酸素が前記チャンバへ供給される、方法を提供する。   Thus, the present disclosure is a method of differentiating pluripotent stem cells: seeding pluripotent stem cells in a container comprising a seeding medium; differentiating pluripotent stem cells in said container; Transferring the pluripotent stem cells from the container into the chamber of the bioreactor when the pluripotent stem cells reach the precursor stage; and maturing the pluripotent stem cells in the chamber, the floor of the chamber Provides a method comprising a recess or a protrusion, wherein the fluid of the culture medium flows in the chamber and oxygen is supplied to the chamber.

他の方法においては、前記バイオリアクターは、灌流ループ中に載置され、該灌流ループ中でポンプに接続され、前記灌流ループは培地で満たされる。   In another method, the bioreactor is placed in a perfusion loop and connected to a pump in the perfusion loop, and the perfusion loop is filled with media.

更に他の方法においては、前記チャンバの底は、マイクロチャンバ及びマイクロチャンネルの配列を含んでいる。   In yet another method, the bottom of the chamber includes an array of microchambers and microchannels.

更に他の方法においては、前記多能性幹細胞はヒト人工多能性幹細胞である。   In still another method, the pluripotent stem cells are human induced pluripotent stem cells.

更に他の方法においては、前記ヒト人工多能性幹細胞はHEP−LCに分化させられる。   In still another method, the human induced pluripotent stem cells are differentiated into HEP-LC.

更に他の方法においては、前記前駆段階は、胚体内胚葉が形成される段階、特定の肝パターンが形成される段階、又は、未熟肝芽細胞が形成される段階である。   In still another method, the precursor stage is a stage in which definitive endoderm is formed, a stage in which a specific liver pattern is formed, or a stage in which immature hepatoblasts are formed.

更に他の方法においては、前記ヒト人工多能性幹細胞は、未熟肝様細胞の全亜類型が一緒に接着した形態で、前記容器からバイオリアクターのチャンバ内へ移送される。   In yet another method, the human induced pluripotent stem cells are transferred from the container into the chamber of the bioreactor, with all sub-types of immature liver-like cells adhered together.

更に他の方法においては、前記ヒト人工多能性幹細胞は、未熟肝様細胞の全亜類型が一緒に接着した形態で、前記バイオリアクターのチャンバ内で成熟させられる。   In yet another method, the human induced pluripotent stem cells are matured in the chamber of the bioreactor, with all sub-types of immature liver-like cells adhered together.

本開示によれば、多能性幹細胞を、高い細胞密度で、高い成長率で、安定的に分化させることができる。   According to the present disclosure, pluripotent stem cells can be stably differentiated at high cell density and high growth rate.

一般的な概念を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a general concept. 一般的な結果を示す図である。It is a figure which shows a general result. iPS分化プロトコルを示す図である。FIG. 5 shows an iPS differentiation protocol. バイオリアクターのデザインの模式図である。FIG. 1 is a schematic view of a bioreactor design. バイオリアクター内での組織形態を示す顕微鏡写真である。It is a microscope picture which shows the tissue form in a bioreactor. バイオリアクター染色を示す顕微鏡写真である。It is a microscope picture which shows bioreactor staining. バイオリアクター内の細胞の3D再構築の画像である。FIG. 10 is an image of 3D reconstitution of cells in a bioreactor. バイオリアクター染色を示す他の顕微鏡写真である。Figure 10 is another photomicrograph showing bioreactor staining. 機能分析の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of functional analysis. CYP3A4及びCYP1A2分析の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of a CYP3A4 and CYP1A2 analysis.

実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

図1は一般的な概念を示す模式図である。図2は一般的な結果を示す図である。図3はiPS分化プロトコルを示す図である。   FIG. 1 is a schematic view showing a general concept. FIG. 2 is a diagram showing a general result. FIG. 3 shows an iPS differentiation protocol.

本実施の形態においては、生化学的かつ機械的な刺激を使用する多能性幹細胞の分化の新しいプロセスを提案する。本実施の形態によって分化させることができる多能性幹細胞は、好ましくはプライム細胞である。プライム型幹細胞のカテゴリー内には、ヒトiPS細胞、ヒトES細胞及びヒトmES細胞のような、多能性幹細胞、人工多能性幹(iPS)細胞及び胚性幹(ES)細胞、間葉系幹細胞の全てが含まれる。牛、猿、げっ歯動物の幹細胞のような他の動物源も適している。本発明者は、本実施の形態において、実験での便宜のために、ヒトiPS細胞だけを使用した。さらに、ここで使用されたようなヒト胚性幹細胞は、ヒト胚性幹細胞のクローン培養(Rodin et al, Nation Communication 、2014年6月)のような人間の胚を破壊しない一般的な方法によって得られるが、単一の割球からのヒト幹細胞株の誘導(Klimanskaya et al., Nature、2006年)やその他の方法は、人間の胚を破壊せずにヒト胚性幹細胞を得ることができる方法として当業者にとって周知である。好ましくは、本発明の方法では、人工多能性幹細胞(iPSC)を使用する。より好ましくは、iPSCはヒトiPSCである。   In this embodiment, we propose a new process of differentiation of pluripotent stem cells using biochemical and mechanical stimulation. Pluripotent stem cells that can be differentiated according to the present embodiment are preferably primed cells. Within the category of primed stem cells, pluripotent stem cells such as human iPS cells, human ES cells and human mES cells, induced pluripotent stem (iPS) cells and embryonic stem (ES) cells, mesenchymal system All of the stem cells are included. Other animal sources such as bovine, monkey and rodent stem cells are also suitable. The inventor used only human iPS cells in the present embodiment for the convenience of experiments. In addition, human embryonic stem cells as used herein are obtained by general methods that do not destroy human embryos, such as clonal cultures of human embryonic stem cells (Rodin et al, Nation Communication, June 2014). However, derivation of human stem cell lines from a single blastomere (Klimanskaya et al., Nature, 2006) or other methods can yield human embryonic stem cells without destroying human embryos. Are well known to those skilled in the art. Preferably, induced pluripotent stem cells (iPSCs) are used in the methods of the invention. More preferably, the iPSCs are human iPSCs.

重要ポイントの1つは、容器として使用されるペトリ皿内でのiPSの一般的な分化を、最終組織ターゲットiPS細胞の未熟段階で停止させることである。したがって、iPS集団は、まだいくつかの亜類型の集団を備える不均一な状態である。それから、iPS細胞はバイオリアクターへ移送され、分化プロトコルが継続される。ペトリ皿培養と比較すると、バイオリアクター環境は、分化プロトコル中のiPSに更なる刺激を与える。生化学的刺激は、iPS分化を選択された組織ターゲットに向かわせるように寄与する。同時に、バイオリアクター内の機械的刺激は、細胞集団の一部を第2の系統に向かわせるように寄与する。本発明者によって行われた実験によれば、高酸素化、成長因子勾配及びバイオリアクターに沿ったそれらの局所濃度(パラ分泌又は自己分泌、内分泌)は、選択的な分化を向上させ、それ故に全面的な組織成熟を向上させた(図1に示されるように)ことが観察された。図1は、(i)せん断応力、(ii)酸素勾配、(iii)iPS亜集団、(iv)成長因子、及び、(v)3D培養組織のコントロールのような生体内生理を模倣するマイクロスケールのバイオリアクター(バイオチップ)内の肝臓成熟に基づいた実験の一般的な概念戦略を説明する。このプロトコルを使用する肝臓分化の場合、本発明者は、サブ分化系列のような肝内の、内皮の、及び、上皮の胆汁を識別した。バイオリアクター及び提案したプロトコルは、(図2に示されるように)生体内の模倣する微細環境として作用する。図2は、一般的な結果の例を図示する:(A)肝類洞、(B)ヒトiPS肝臓共培養の模倣、(C)赤いアルブミン及び緑のスタビリン(stabilin)陽性の細胞、(D)アルブミン生成、並びに、(E)バイオチップ(バイオリアクター)及びペトリ(ペトリ皿又は容器)内のCYP450活性。   One of the key points is to stop the general differentiation of iPS in a petri dish used as a container at the immature stage of final tissue-targeted iPS cells. Thus, the iPS population is still in a heterogeneous state comprising several subtypes. The iPS cells are then transferred to the bioreactor and the differentiation protocol is continued. Compared to petri dish culture, the bioreactor environment provides additional stimulation to iPS during the differentiation protocol. Biochemical stimuli contribute to target iPS differentiation to selected tissue targets. At the same time, mechanical stimulation in the bioreactor contributes to direct a portion of the cell population to the second lineage. According to experiments conducted by the inventor, hyperoxia, growth factor gradients and their local concentrations (paracrine or autocrine, endocrine) along the bioreactor improve selective differentiation and hence It was observed that overall tissue maturation was improved (as shown in FIG. 1). Figure 1 is a microscale mimicking in vivo physiology such as (i) shear stress, (ii) oxygen gradient, (iii) iPS subpopulation, (iv) growth factor, and (v) 3D cultured tissue control. To illustrate the general conceptual strategy of experiments based on liver maturation in a bioreactor (biochip). In the case of liver differentiation using this protocol, the inventor has identified intrahepatic, endothelial and epithelial bile such as subdifferentiation lines. The bioreactor and the proposed protocol act as a mimicking microenvironment in vivo (as shown in FIG. 2). Figure 2 illustrates an example of the general results: (A) liver sinusoids, (B) mimic of human iPS liver co-culture, (C) red albumin and green stabilin positive cells, (D) 2.) Albumin production, and (E) CYP450 activity in biochips (bioreactors) and petri (petri dishes or containers).

多能性幹細胞は2つの主要な特性を有し、1つは、身体を構成するすべてのタイプの細胞に分化してもよいということ(多能性)であり、他の1つは、その場限りの条件において培地内で無限に増殖することができるということ(自己再生)である。これらの細胞は、このように、成熟して機能的な分化細胞の潜在的に無尽蔵の源であることを意味する。現在では、ヒト多能性細胞を肝細胞、HEP−LC(肝細胞に似た細胞)に分化させ得る、と考えることができる。HEP−LCは、主要な肝臓表現型のマーカー、異物代謝を含む模擬の肝代謝を示す。これらの有望な結果にもかかわらず、前述の問題はまだ残っている。したがって、本発明者は、これらの問題を解決するために更なるアプローチを統合した。本実施の形態において提案されたプロトコルは、ペトリ皿内の予備分化、並びに、(図3に示されるような)バイオリアクター及び刺激のシーケンスを使用する成熟化に基づく。図3は、ペトリ皿分化のステップ3の後の、バイオリアクター(バイオチップ)内への未熟iPSの播種に基づく分化のプロトコルを示す。   Pluripotent stem cells have two major properties, one being that they may differentiate into all types of cells that make up the body (pluripotent) and the other one is that The ability to grow indefinitely in the medium under ad hoc conditions (self-renewal). These cells are thus meant to be a potentially inexhaustible source of mature and functional differentiated cells. At present, it can be considered that human pluripotent cells can be differentiated into hepatocytes, HEP-LC (cells resembling hepatocytes). HEP-LC is a marker of major liver phenotype, showing simulated hepatic metabolism including foreign body metabolism. Despite these promising results, the aforementioned problems still remain. Therefore, the inventor has integrated a further approach to solve these problems. The protocol proposed in this embodiment is based on pre-differentiation in petri dishes and maturation using a bioreactor (as shown in FIG. 3) and a sequence of stimuli. FIG. 3 shows a protocol for differentiation based on seeding of immature iPS into a bioreactor (biochip) after step 3 of petri dish differentiation.

本実施の形態によるヒト人工多能性幹細胞を分化させる方法は、肝細胞又はHEP−LCに分化させることに限定されるべきものでなく、脾臓、膵臓、心臓及び腸のような他の臓器用の細胞に分化させることにも利用可能であろうことに、留意すべきである。しかし、便宜上、本実施の形態における説明の対象は、ヒト人工多能性幹細胞を肝細胞又はHEP−LCに分化させることである。   The method for differentiating human induced pluripotent stem cells according to the present embodiment should not be limited to differentiating into hepatocytes or HEP-LC, but for other organs such as spleen, pancreas, heart and intestine. It should be noted that it could also be used to differentiate into cells of However, for convenience, the object described in the present embodiment is to differentiate human induced pluripotent stem cells into hepatocytes or HEP-LC.

次に、本実施の形態において使用されるバイオリアクター、すなわち、バイオチップの製作について説明する。   Next, fabrication of a bioreactor used in the present embodiment, that is, a biochip will be described.

図4はバイオリアクターのデザインの模式図である。   FIG. 4 is a schematic of the design of the bioreactor.

バイオリアクター(バイオチップ)は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)中の複製を成型することによって製作された。型は、SU−8フォトレジストを使用して、二重のフォトリソグラフィ工程によって作られた。バイオリアクターは、長さ5cm及び幅1cmの細胞培養チャンバを含んでいる。高さは300μmである。培養チャンバの底には、多層の細胞培養及びマイクロ流体の細胞培養を増進させるために、マイクロチャンバ及びマイクロチャンネルの配列が形成されている。図1の中間区画における左端の図、及び、図3の下の区画における左から2番目の図に示されるように、マイクロチャンバ及びマイクロチャンネルの床面の断面は、でこぼこ、すなわち、成長因子の流れの方向に関して凹凸が交互に接続された形状になっている。したがって、iPS細胞を三次元(3D)において培養することができる。さらに、iPS細胞の集団が速やかに増えるように、PDMSの天井及びフロアパネルの両方を透過させることによって酸素を供給することができる。このマイクロアレイのデザインのこの基礎ユニットは、本発明者の1人であるエリック・ルクレールの以前の研究に基づく(非特許文献2参照。)。エリック・ルクレールは、(図4に示されるような)バイオリアクターのデザインを提案した。型は、RTBプログラムによるLAAS設備によって製作された。PDMSバイオリアクターは、LIMMS/酒井教授の研究所で製作された。図4はバイオリアクターのデザインを示す:(A)バイオリアクターを作成する微細構造層。最上層は培地(培養液)を散布するために使用される。底層は、マイクロスケールのマイクロチャンバ及びマイクロチャンネル内で細胞を培養するために使用される。最大の深さは300μmである。(B)バイオリアクター情報に沿って複製された周期的な微細構造を含む底層の詳細。   Bioreactors (biochips) were fabricated by molding replicates in polydimethylsiloxane (PDMS). The mold was made by a double photolithographic process using SU-8 photoresist. The bioreactor contains a cell culture chamber 5 cm long and 1 cm wide. The height is 300 μm. At the bottom of the culture chamber, an array of microchambers and microchannels is formed to enhance multi-layered cell culture and microfluidic cell culture. As shown in the leftmost view in the middle section of FIG. 1 and in the second view from the left in the lower section of FIG. 3, the cross-sections of the floor surfaces of the microchambers and microchannels are uneven, ie, growth factor Irregularities are alternately connected in the flow direction. Thus, iPS cells can be cultured in three dimensions (3D). In addition, oxygen can be supplied by permeating both the PDMS ceiling and floor panels so that the population of iPS cells rapidly increases. This basic unit of this microarray design is based on the previous work of one of the inventors, Eric Leclerc (see Non-Patent Document 2). Eric Leclerc proposed a bioreactor design (as shown in FIG. 4). The mold was made by LAAS equipment with RTB program. The PDMS bioreactor was manufactured at the laboratory of LIMMS / Sakai. Figure 4 shows the design of the bioreactor: (A) Microstructured layer to make the bioreactor. The top layer is used to spread the medium (culture medium). The bottom layer is used to culture cells in microscale microchambers and microchannels. The maximum depth is 300 μm. (B) Bottom layer details including periodic microstructures replicated along with bioreactor information.

Audrey Legendre, et al. Investigation of the hepatotoxicity of flutamide. Toxicology in Vitro 28(2014):1075-1087.Audrey Legendre, et al. Investigation of the hepatotoxicity of flutamide. Toxicology in Vitro 28 (2014): 1075-1087.

次に、本実施の形態において使用される予備のiPS細胞分化プロトコルについて説明する。   Next, the preliminary iPS cell differentiation protocol used in the present embodiment will be described.

本実施の形態において、iPS分化のプロトコルは、ダンカン(Duncan)のグループの研究に基づく(非特許文献3参照。)。本実施の形態における実験に使用されたiPS細胞は、東京大学から入手された。ダンカンのグループのプロトコルは、宮島教授のグループ(木戸教授によって行われた研究)によって24のくぼみプレート用に修正された。本発明者は、このプロトコルを6つのくぼみプレートに使用した。6つのくぼみペトリ皿を、1時間、マトリゲル(Matrigel(R))で被覆した。培養液で洗浄した後、iPS細胞をペトリ皿内に播種した。播種培地は、反アポトーシス性薬品が補足されたmTeSR(R)だった。播種培地内で24時間経過後、増殖mTeSR(R)培地が使用された。iPS細胞がコンフルエンスの90%に達したとき、分化プロセスがスタートした。その目的のため、iPS細胞は、胚体内胚葉を形成するために、B27サプリメント及び100ng/mLのアクチビンAが補足されたRPMI培地内に5日間曝された(ステップ1:図3の上端区画内の左端矢印を参照。)。それから、iPS細胞は、10ng/mLのbFGF及び20ng/mLのBMP4に5日間曝されて、RPMI+B27培地内で特定の肝パターンを形成した(ステップ2:図3の上端区画内の左から2番目の矢印を参照。)。ステップ2の終わりで、細胞は、RPMI+B27培地内で20ng/mLのHGFに曝されて肝芽細胞前駆体に到達する(ステップ3:図3の上端区画内の左から3番目の矢印を参照。)。増殖中、培地は毎日取り替えられた。ステップ1、2及び3では、培地は24時間及び72時間の培養後に取り替えられた。増殖ステップ及びステップ1は、O2 20%及びCO2 5%のインキュベータ内で行われたのに対し、ステップ2及び3はO2 5%の下で行われた。 In the present embodiment, the protocol for iPS differentiation is based on the work of Duncan's group (see Non-Patent Document 3). The iPS cells used for the experiments in the present embodiment were obtained from the University of Tokyo. Duncan's group protocol was modified for the 24 well plates by Professor Miyajima's group (a study conducted by Professor Kido). The inventor used this protocol for the six well plates. Six well petri dishes were coated with Matrigel (Matrigel®) for one hour. After washing with culture medium, iPS cells were seeded in petri dishes. The seeding medium was mTeSR (R) supplemented with anti-apoptotic drug. After 24 hours in seeding medium, growing mTeSR (R) medium was used. The differentiation process started when iPS cells reached 90% of confluence. To that end, iPS cells were exposed for 5 days in RPMI medium supplemented with B27 supplement and 100 ng / mL activin A to form definitive endoderm (step 1: within the upper compartment of Figure 3) See the left arrow on the Then, iPS cells were exposed to 10 ng / mL bFGF and 20 ng / mL BMP4 for 5 days to form a specific liver pattern in RPMI + B27 medium (step 2: second from the left in the upper compartment of FIG. 3) See the arrow). At the end of step 2, cells are exposed to 20 ng / mL HGF in RPMI + B27 medium to reach hepatoblast precursors (step 3: see the third arrow from the left in the top compartment in Figure 3). ). During growth, the medium was replaced daily. In steps 1, 2 and 3, the medium was replaced after 24 hours and 72 hours of culture. The growth steps and step 1 were performed in an incubator with 20% O 2 and 5% CO 2 , while steps 2 and 3 were performed under 5% O 2 .

Karim Si-Tayeb, et al. Highly Efficient Generation of Human Hepatocyte-like Cells from Induced Pluripotent Stem Cells. Hepatology, 2010 January;51(1):297-305.Karim Si-Tayeb, et al. Highly Efficient Generation of Human Hepatocyte-like Cells from Induced Pluripotent Stem Cells. Hepatology, 2010 January; 51 (1): 297-305.

次に、本実施の形態において使用されたバイオリアクター内でのiPS培養について説明する。   Next, iPS culture in a bioreactor used in the present embodiment will be described.

バイオリアクターを利用の前にオートクレーブによって殺菌した。その内表面を、1時間、マトリゲル(R)の溶液で被覆した。培地で洗浄した後、iPS細胞をバイオリアクター内に載置した(ステップ4:図3の下端区画内の図をすべて参照。)。バイオリアクター内でiPSの肝臓の成熟を行うために、分化のステップ3の終わりで、iPS細胞をペトリ皿から分離した。バイオリアクター内の播種密度を、バイオリアクター内での少ない細胞数及びその後の脱分化を回避するために、ペトリ皿内の2倍にした。細胞接着を、酸素20%のインキュベータ内でかつステップ3の培地内で(HGFを使用して)行ったが、そこに抗アポトーシス性の基板を加えた。一旦、iPS細胞が接着すると、バイオリアクターを灌流ループ中に載置した。灌流ループは泡トラップであって、そこでは、バイオリアクターとポンプとを直列的に接続した。ループ管はPTFEで作られた。ループを3mLのステップ4の培地で満たした。ステップ4の培地は、プロバイダーの成長因子が補足されたLonza培地であり、20ng/mLのOSMが更に補足されたものであった。流量は、ダイナミックな培養を行うために、10〜25μL/min(好ましくは、20μL/min)で始められた。1.5mLの培地が灌流中に毎日取り替えられた。実験を、CO2 5%及び O2 20%のインキュベータ内で1週間行った。 The bioreactor was sterilized by autoclave prior to use. The inner surface was coated with a solution of Matrigel (R) for 1 hour. After washing with culture medium, iPS cells were placed in the bioreactor (step 4: see all figures in the lower section in FIG. 3). At the end of step 3 of differentiation, iPS cells were separated from petri dishes in order to perform liver maturation of iPS in a bioreactor. The seeding density in the bioreactor was doubled in a petri dish to avoid low cell numbers and subsequent dedifferentiation in the bioreactor. Cell adhesion was performed in an incubator with 20% oxygen and in the medium of step 3 (using HGF), to which an anti-apoptotic substrate was added. Once iPS cells were attached, the bioreactor was placed in the perfusion loop. The perfusion loop was a bubble trap where the bioreactor and pump were connected in series. The loop tube was made of PTFE. The loop was filled with 3 mL of step 4 medium. The medium of step 4 was Lonza medium supplemented with a provider's growth factor, and further supplemented with 20 ng / mL of OSM. The flow rate was started at 10-25 μL / min (preferably 20 μL / min) to perform dynamic culture. 1.5 mL of medium was replaced daily during perfusion. The experiments were carried out for 1 week in an incubator with 5% CO 2 and 20% O 2 .

未熟な肝細胞に似た細胞をペトリ皿内で成熟させる従来の方法によると、それらを亜類型のそれぞれのグループに分離し、各グループの細胞を成熟段階にまで別々に成熟させ、成熟した肝細胞に似た細胞を得るために成熟段階の細胞のグループを集めることは、普通のことであった。これに対し、本実施の形態によれば、バイオリアクター内において、未熟肝様細胞の複数の亜類型を、未熟肝様細胞の全亜類型が一緒に接着した形態で、成熟した肝様細胞にまで成熟させることができた。肝様細胞は、肝細胞に似た細胞、内皮に似た細胞、胆汁に似た細胞等を含む。これは、細胞がバイオリアクターのマイクロチャンバ及びマイクロチャンネル内で三次元で培養され得るので、細胞の密度が局所的に高くて単位当たりの表面積が大きいということに起因するかもしれないし、また、培地が流れの形態でスムーズに内部に提供されるとともに酸素がPDMSのパネルを通して十分に供給されるので、細胞の集団が急速に成長するということに起因するかもしれない。バイオリアクターチャンバ内の高い細胞密度(数マイクロリットル中に数百万の細胞)は、自己分泌及びパラ分泌因子を含む、成長因子を局所的に集中させることに寄与する。不均一なマイクロスケール環境(マイクロチャンネル及びマイクロチャンバ)は、細胞が適応し得る(内皮細胞壁に沿った延長や局部せん断応力による再編成のような)種々の局所的な微小環境を提供する。   According to the conventional method in which immature hepatocyte-like cells are matured in a petri dish, they are separated into respective groups of subtypes, and the cells of each group are matured separately to the maturation stage, and mature liver is obtained. It was common to assemble a group of cells in the maturation stage to obtain cells resembling cells. On the other hand, according to this embodiment, in the bioreactor, a plurality of subtypes of immature liver-like cells are formed into mature liver-like cells in a form in which all the subtypes of immature liver-like cells adhere together. I was able to mature up to. Liver-like cells include cells resembling hepatocytes, cells resembling endothelium, cells resembling bile and the like. This may be due to the fact that the density of the cells is locally high and the surface area per unit is large, as the cells can be cultured in three dimensions in the microchambers and microchannels of the bioreactor, and It may be attributed to the rapid growth of the population of cells, as it is provided internally in the form of flow smoothly and oxygen is sufficiently supplied through the PDMS panel. The high cell density (millions of cells in several microliters) in the bioreactor chamber contributes to local concentration of growth factors, including autocrine and paracrine factors. Heterogeneous microscale environments (microchannels and microchambers) provide a variety of local microenvironments (such as extension along the endothelial cell wall and reorganization by local shear stress) to which cells can adapt.

次に、本実施の形態における実験の結果を説明する。本実施の形態において使用されるプロトコルが、従来のペトリ皿方法と比較すると、肝細胞の成熟を増進させることに寄与するとともに、より機能的な肝組織を作ることに寄与することを示す。最初に、組織の不均一性を説明する。   Next, the result of the experiment in the present embodiment will be described. It is shown that the protocol used in the present embodiment contributes to the enhancement of hepatocyte maturation and contributes to the creation of a more functional liver tissue as compared to the conventional petri dish method. First, tissue heterogeneity is explained.

図5はバイオリアクター内での組織形態を示す顕微鏡写真である。図6はバイオリアクター染色を示す顕微鏡写真である。図7はバイオリアクター内の細胞の3D再構築の画像である。図8はバイオリアクター染色を示す他の顕微鏡写真である。   FIG. 5 is a photomicrograph showing tissue morphology in the bioreactor. FIG. 6 is a photomicrograph showing bioreactor staining. FIG. 7 is an image of 3D reconstitution of cells in the bioreactor. FIG. 8 is another photomicrograph showing bioreactor staining.

灌流の開始から96時間が過ぎたとき、本発明者は、バイオリアクターのマイクロチャンバ及びマイクロチャンネルの中心部内において立方形肝細胞に似た形状の表現型を明瞭に観察することができた。マイクロチャンネルの側面に、長く延びた細胞が観察された。96時間の培養後に、モルフォ・タイプ線維芽細網細胞に囲まれた肝細胞に似た細胞が、バイオリアクターのマイクロチャンネル内の全体に、大きく観察された。7日間の灌流後に、バイオリアクター内で創造された組織は、高密度の3Dのような組織を形成した(図5参照。)。図5はバイオリアクター内の組織形態を示し、(A)及び(B)は接着後のものを示し、(C)、(D)、(E)及び(F)は96時間の培養後のものを示し、(G)は144時間の培養後のものを示している。   When 96 hours passed from the start of perfusion, the inventor was able to clearly observe the phenotype of the shape resembling cubic hepatocytes in the center of the micro chamber and microchannel of the bioreactor. Elongated cells were observed on the side of the microchannel. After 96 hours of culture, hepatocyte-like cells surrounded by morpho-type fibroblast reticular cells were extensively observed throughout the bioreactor microchannels. After 7 days of perfusion, the tissue created in the bioreactor formed dense 3D like tissue (see FIG. 5). FIG. 5 shows the tissue morphology in the bioreactor, (A) and (B) after adhesion, (C), (D), (E) and (F) after 96 hours of culture (G) shows that after 144 hours of culture.

組織の免疫染色は、肝細胞に似た細胞がアルブミン免疫染色に対して陽性であることを示した(図6参照。)。図6はバイオリアクター染色を示し、(A)、(E)及び(I)は細胞核のものを図示し、(B)及び(F)はスタビリン陽性の細胞のものを示し、(C)及び(G)はアルブミン陽性の細胞のものを示し、(D)及び(H)は細胞核、スタビリン及びアルブミンの合体画像を示し、(J)はファロイジン陽性の細胞のものを示し、(K)はアルファ−フェトプロテイン陽性の細胞のものを示し、(L)はファロイジン及びアルファ−フェトプロテインの合体画像を示している。スタビリン陽性の細胞は、それらのエリアにおいて、アルブミン陽性の細胞を囲んで包埋するように見えた。さらに、微細構造及び組織の上部に位置する細胞は、アルブミン陽性ではなくスタビリン陽性であった(図6及び7参照。)。図7は、バイオリアクター内における赤いアルブミン及び緑のスタビリン陽性の細胞の共焦点像からの3D再構築を示している。   Tissue immunostaining showed that hepatocyte-like cells were positive for albumin immunostaining (see FIG. 6). FIG. 6 shows bioreactor staining, where (A), (E) and (I) illustrate cell nuclei, (B) and (F) show stabilin positive cells, (C) and (C) G) shows that of albumin-positive cells, (D) and (H) show combined images of cell nucleus, stabilin and albumin, (J) shows those of phalloidin-positive cells, and (K) is alpha- (L) shows the combined image of phalloidin and alpha-fetoprotein. Stabilin positive cells appeared to surround and embed albumin positive cells in their area. In addition, cells located at the top of the microstructure and tissues were stabilin positive rather than albumin positive (see FIGS. 6 and 7). FIG. 7 shows 3D reconstruction from confocal images of red albumin and green stabilin positive cells in a bioreactor.

コリルリシルフルオレスセイン(CLF)が、胆汁酸塩排出ポンプ(BSEP)によって、毛細胆管内に分泌された。CLF染色は一般にバイオリアクター培地内で多数の陽性細胞を示すが、CLF蓄積を備えた濃厚な胆汁のようなダクトネットワークが、微細構造の壁を塞ぐ細胞凝集塊内で観察された(図8参照。)。図8は、MDR1、CYP1A1、CLF及びBSEP陽性の細胞を示すバイオリアクター内での染色を示している。そこでは、DAPIは細胞核を示し、AFPは弱く表現される。CLFネットワークに似た蓄積は、ペトリ皿内でわずかに観察された。さらに、BSEPの免疫染色は、バイオリアクター組織が、主にマイクロチャンネル側で、この輸送体に対して陽性であることを明らかにした。BSEP及びCLF蓄積の重ね合わせは、BSEP及びCLFが広く共存していることを確認した。   Choryllycylfluorescein (CLF) was secreted into the bile ducts by the bile salt excretion pump (BSEP). Although CLF staining generally indicates a large number of positive cells in the bioreactor medium, a dense biliary ductal network with CLF accumulation was observed in cell clumps that plug the walls of the microstructure (see FIG. 8). ). FIG. 8 shows staining in a bioreactor showing cells that are MDR1, CYP1A1, CLF and BSEP positive. There, DAPI indicates cell nuclei and AFP is weakly expressed. Accumulation similar to the CLF network was slightly observed in the petri dishes. Furthermore, immunostaining of BSEP revealed that bioreactor tissue was positive for this transporter, mainly on the microchannel side. The superposition of BSEP and CLF accumulation confirmed that BSEP and CLF coexisted extensively.

いくつかのバイオリアクター及び実験からの1セットの画像を使用し、画像処理に基づいて、本発明者は、細胞集団全体に対するアルブミン陽性の細胞の比率を確立した。バイオリアクター内では、60±8%までのアルブミン陽性の細胞が発見されたのに対し、ペトリ皿内では、29±1%だけのアルブミン陽性の細胞が発見された。さらに、FACS実験に基づいて、本発明者は、バイオリアクター内培養では、36±6%の細胞がアルブミン陽性であるのに対し、ペトリ皿内培養ではより大きな分散が観察される(23±23%)ことを証明した。   Using a set of images from several bioreactors and experiments, based on image processing, the inventor established the ratio of albumin positive cells to the total cell population. In the bioreactor up to 60 ± 8% albumin positive cells were found, whereas in the petri dishes only 29 ± 1% albumin positive cells were found. Furthermore, based on the FACS experiments, the inventor observed that in the in-reactor culture, 36 ± 6% of the cells are albumin positive, whereas in the Petri dish culture a greater dispersion is observed (23 ± 23 %) Proved that.

次に、組織機能性を説明する。   Next, organizational functionality will be described.

図9は機能分析の結果を示すグラフである。図10はCYP3A4及びCYP1A2分析の結果を示すグラフである。   FIG. 9 is a graph showing the results of functional analysis. FIG. 10 is a graph showing the results of CYP3A4 and CYP1A2 analysis.

グルコース消費及び乳酸塩生成のレベルを評価して、培養中の呼吸及び解糖系状態についての情報を得た(図9参照。)。図9はバイオリアクター及びペトリ皿内の機能的基礎分析を示している。(A)は乳酸塩グルコース比率を示し、(B)はアルブミン生成を示し、(C)はアルファ−フェトプロテインを示し、(D)はアルブミン/アルファ−フェトプロテイン比率を示している。細胞接着及び24時間の灌流後、バイオリアクター内で、本発明者は、嫌気性呼吸を示す、高い乳酸塩/グルコース比率を伴う激しいグルクース消費を発見した。48時間の灌流後、乳酸塩/グルコース比率は0.8に近い1未満の値を維持したが、これは、組織全体における健全な好気性呼吸を示している。嫌気性プロフィールは、アルブミン生成が高い場合、ペトリ皿培養において、1.6と1.8との間の範囲の値の比率を有することが観察された。   The levels of glucose consumption and lactate formation were assessed to obtain information on respiratory and glycolytic status during culture (see FIG. 9). FIG. 9 shows functional basic analysis in bioreactors and petri dishes. (A) shows lactate glucose ratio, (B) shows albumin production, (C) shows alpha-fetoprotein, (D) shows albumin / alpha-fetoprotein ratio. After cell adhesion and perfusion for 24 hours, in the bioreactor, the inventor discovered intense glucose consumption with high lactate / glucose ratio, indicating anaerobic respiration. After 48 hours of perfusion, the lactate / glucose ratio maintained a value less than 1 close to 0.8, indicating healthy aerobic respiration throughout the tissue. The anaerobic profile was observed to have a ratio of values in the range between 1.6 and 1.8 in Petri dish culture when albumin production is high.

バイオリアクター及びペトリ皿内での成熟のレベルに関して細胞の機能性を評価するために、本発明者は、アルブミン及びアルファ−フェトプロテインの生成を測定した。測定値を各培養における肝細胞の数によって正規化すると、バイオリアクター生成が、ペトリ皿よりバイオリアクター内でのバイオリアクター生成が高いことが分かった。同時に、AFP/ALB比の動力学はバイオリアクターのための時間とともに減少し、バイオリアクター内での肝細胞の連続的な成熟を示した(図9参照。)。   In order to assess the functionality of the cells with respect to the level of maturation in the bioreactor and petri dish, we measured the production of albumin and alpha-fetoprotein. When the measurements were normalized by the number of hepatocytes in each culture, it was found that bioreactor production was higher in bioreactor production than in petri dishes. At the same time, the kinetics of the AFP / ALB ratio decreased with time for the bioreactor, indicating continuous maturation of hepatocytes in the bioreactor (see FIG. 9).

バイオリアクター内のiPS肝細胞に似た細胞の成熟のレベル及び組織の機能的な性能を確認するために、本発明者は、CYP3A4及びCYP1A2分析を行った(図10参照。)。図10(A)は、専用基板からのルシフェリンの生成によって測定されたCYP3A4及びCYP1A2の活性を示し、図10(B)は、バイオリアクター内のリファンピシンによる誘導に続くCYP3A4による典型的なルシフェリン生成を示している。その目的のために、本発明者は、バイオリアクター及びペトリ皿内の特定の基板からのルシフェリン生成を調査した。すべてのペトリ皿培養において、本発明者はルシフェリン生成を検出しなかった。反対に、ルシフェリンはバイオリアクター内で培養されたiPS細胞から生成された。さらに、25μmのリファンピシンの処理は細胞を誘発するために寄与した。実際、未処理の細胞と比較すると、処理された細胞は、ルシフェリンの生成を2倍にした。ペトリ皿培養は誘導可能ではなかった。   To confirm the level of maturation of iPS hepatocyte-like cells in the bioreactor and the functional performance of the tissue, we performed CYP3A4 and CYP1A2 analysis (see FIG. 10). FIG. 10 (A) shows the activity of CYP3A4 and CYP1A2 measured by the formation of luciferin from a dedicated substrate, and FIG. 10 (B) shows typical luciferin production by CYP3A4 following induction by rifampicin in a bioreactor It shows. To that end, the inventor investigated luciferin production from specific substrates in bioreactors and petri dishes. In all Petri dish cultures, we did not detect luciferin production. In contrast, luciferin was generated from iPS cells cultured in a bioreactor. Furthermore, treatment with 25 μm rifampicin contributed to induce the cells. In fact, compared to untreated cells, treated cells doubled the production of luciferin. Petri dish culture was not inducible.

次に、本実施の形態が提供する効果を説明する。   Next, the effects provided by the present embodiment will be described.

本実施の形態の特徴の1つは、iPS細胞を、マイクロスケールのバイオ人工臓器として、バイオリアクター及びバイオリアクター技術と結び付けて分化することができることである。多くのグループが、肝細胞のメンテナンス及び開発により適した環境を供給するために、組織工学(tissue−engineered)プロセスを開発している。この環境は、生体内で見つかった特性をできる限り精密に再生しなければならない。そのような生体外システムの1つを、マイクロスケールの生体内模擬装置をデザインするマイクロ技術分野での最近の進化を用いて、作製することができる。これらのシステムのマイクロトポグラフィーによってもたらされる細胞再編にダイナミックなマイクロ流体培養条件を加えたものが、生体外での3D多細胞を複製する主要な特徴であるように見える。可能性のある方法の例として、本発明者は、バイオリアクター内での肝臓iPS分化の予備的結果を示した。マルチ細胞分化及び初期の肝細胞成熟が、バイオリアクター内で達成された。さらに、機能的なCYP450活性と結び付けられたバイオリアクター内の肝臓に似たスパンが、ペトリ皿と比較したときに、観察された。バイオリアクターの見地は重要であるが、本実施の形態は、不均一で未熟なiPS細胞の亜集団を得るために従来のペトリ皿前分化を使用する、iPSの前処理を含んでいる。   One of the features of this embodiment is that iPS cells can be differentiated as microscale bioartificial organs in combination with bioreactor and bioreactor technology. Many groups are developing tissue-engineered processes to provide a better environment for the maintenance and development of hepatocytes. This environment should reproduce the characteristics found in vivo as precisely as possible. One such in vitro system can be made using the recent advances in microtechnology to design microscale in vivo simulators. The cell reorganization brought about by the microtopography of these systems, plus dynamic microfluidic culture conditions, appears to be the main feature replicating 3D multicells in vitro. As an example of a possible method, the inventor has shown preliminary results of hepatic iPS differentiation in a bioreactor. Multicellular differentiation and early hepatocyte maturation were achieved in the bioreactor. In addition, a liver-like span in the bioreactor coupled with functional CYP450 activity was observed when compared to petri dishes. Although the point of view of the bioreactor is important, this embodiment involves iPS pre-treatment using conventional petri dish predifferentiation to obtain a heterogeneous and immature subpopulation of iPS cells.

本実施の形態は、内分泌成長因子による化学的刺激、細胞培養エリアに沿った成長因子の勾配、せん断応力による機械的刺激、細胞のサポートとして使用された透過性材料による酸素調整、及び、表面上での高い細胞密度と細胞培養エリアの大容量とを可能にする微細構造のサポートによる3D細胞再編成を含む多重の刺激を使用するiPS分化プロトコルのような複数の新規な特徴を含んでいる。これらの特徴はすべて、マイクロ流体バイオリアクターを使用するプロトコルに含まれ得るものである。   In this embodiment, chemical stimulation by endocrine growth factor, gradient of growth factor along cell culture area, mechanical stimulation by shear stress, oxygen regulation by permeable material used as support for cells, and surface It includes several novel features such as iPS differentiation protocols that use multiple stimuli including 3D cell reorganization with ultrastructural support that allows for high cell density and large volumes of cell culture area. All these features can be included in the protocol using a microfluidic bioreactor.

既存の技術及びプロトコルは、十分に定義されたシーケンスにおいて培地中に特定の成長因子を加えることによって、又は、遺伝子組み替えによって、iPS分化を促進している。本実施の形態のアプローチは、追加的なタイプの刺激を提供して、幹細胞分化に含まれる他の細胞経路を誘発する。   Existing techniques and protocols promote iPS differentiation by adding specific growth factors in the culture medium in well defined sequences or by genetic recombination. The approach of the present embodiment provides an additional type of stimulation to trigger other cellular pathways involved in stem cell differentiation.

従来のプロトコルは肝臓の肝細胞を成熟に導かなかった。同様に、膵臓のような他の組織に適用された場合、生成された細胞は、ヒト成熟組織と比較して弱く機能的だった。   Conventional protocols have not led to hepatic hepatocytes for maturation. Similarly, when applied to other tissues such as the pancreas, the generated cells were weak and functional compared to human mature tissues.

次に、本実施の形態の利用について説明する。   Next, utilization of the present embodiment will be described.

肝臓のiPSパターンの原始性の現状は、肝臓のiPSの治療ソリューションを臨床試験に入れることが1つの欠点である。薬物検査用の機能的肝細胞の限定された有用性も、製薬会社に肝細胞だけに毎年10億ドルを費やさせるための主な障害として、報告される。ヒト多能性幹細胞からの機能的な肝細胞の供給を作り出す将来の能力が、この状況を変更することができる。現在、本実施の形態において使用されるバイオリアクターの規模が小さすぎるので、肝臓移植用の機能細胞の大規模生成について考えることができない。主な応用は、現在のところ、薬物スクリーニングアッセイであり、それにより、薬物アッセイにおけるヒト初代細胞の部分的な代用である。   The current status of the iPS pattern primitives of the liver is one drawback in putting the treatment solution of iPS of the liver into clinical trials. The limited usefulness of functional hepatocytes for drug testing is also reported as a major obstacle to causing pharmaceutical companies to spend $ 1 billion annually on hepatocytes alone. The ability of the future to create a functional supply of hepatocytes from human pluripotent stem cells can alter this situation. Currently, the scale of the bioreactor used in this embodiment is too small to think about large-scale generation of functional cells for liver transplantation. The main application is currently drug screening assays, whereby it is a partial substitute for human primary cells in drug assays.

生体内の生理を模擬するバイオリアクター内で培養する前の部分的に分化したiPS細胞を使用するプロトコルの概念は、膵臓、腸、腎臓のような多数の他の標的臓器に応用することができる。他の応用は、より広く、再生医療及びオーダーメード医療に関係し得る。実際、患者のiPS細胞の収集に基づいて、特定の細胞療法又は患者に関連する疾病が、より適切に調査されるかもしれない。最終的に、大規模生成までプロトコルを拡大することができれば、組織及び臓器移植のための十分な細胞を生成することは可能であろう。   The concept of a protocol using partially differentiated iPS cells prior to culture in a bioreactor that mimics in vivo physiology can be applied to many other target organs such as pancreas, intestine, kidney . Other applications may be more broadly related to regenerative and customized medicine. In fact, based on the patient's collection of iPS cells, the particular cell therapy or disease associated with the patient may be more appropriately investigated. Ultimately, if the protocol could be extended to large scale production, it would be possible to generate sufficient cells for tissue and organ transplantation.

本明細書での開示は、上記実施の形態に限定されるものでなく、様々に修正及び変更されてもよい。したがって、修正及び変更はこの明細書に添付された特許請求の範囲の保護の範囲から除外されない。   The disclosure in the present specification is not limited to the above embodiment, and may be variously modified and changed. Therefore, modifications and variations are not excluded from the scope of protection of the claims appended hereto.

本発明は、多能性幹細胞を分化させる方法に適用可能である。   The present invention is applicable to methods of differentiating pluripotent stem cells.

Claims (8)

多能性幹細胞を分化させる方法であって:
播種培地を備える容器に多能性幹細胞を播種するステップと;
前記容器中の前記多能性幹細胞を分化させるステップと;
前記多能性幹細胞が前駆段階に到達すると、前記多能性幹細胞を前記容器からバイオリアクターのチャンバ内へ移送するステップと;
前記チャンバにおいて前記多能性幹細胞を成熟させるステップとを含み、
前記チャンバの床は凹部又は凸部を含み、前記培地の流体が前記チャンバ内を流れ、酸素が前記チャンバへ供給される、方法。
A method of differentiating pluripotent stem cells:
Seeding the pluripotent stem cells in a container comprising a seeding medium;
Differentiating the pluripotent stem cells in the container;
Transferring the pluripotent stem cells from the container into the chamber of the bioreactor when the pluripotent stem cells reach the precursor stage;
Maturing said pluripotent stem cells in said chamber;
The method wherein the floor of the chamber includes a recess or a protrusion and the fluid of the culture medium flows in the chamber and oxygen is supplied to the chamber.
前記バイオリアクターは、灌流ループ中に載置され、該灌流ループ中でポンプに接続され、前記灌流ループは培地で満たされる、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the bioreactor is mounted in a perfusion loop and connected to a pump in the perfusion loop, the perfusion loop being filled with medium. 前記チャンバの底は、マイクロチャンバ及びマイクロチャンネルの配列を含んでいる、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the bottom of the chamber comprises an array of microchambers and microchannels. 前記多能性幹細胞はヒト人工多能性幹細胞である、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the pluripotent stem cells are human induced pluripotent stem cells. 前記ヒト人工多能性幹細胞はHEP−LCに分化させられる、請求項4に記載の方法。   The method according to claim 4, wherein the human induced pluripotent stem cells are differentiated into HEP-LC. 前記前駆段階は、胚体内胚葉が形成される段階、特定の肝パターンが形成される段階、又は、未熟肝芽細胞が形成される段階である、請求項5に記載の方法。   6. The method according to claim 5, wherein the precursor stage is a stage in which definitive endoderm is formed, a stage in which a specific liver pattern is formed, or a stage in which immature hepatoblasts are formed. 前記ヒト人工多能性幹細胞は、未熟肝様細胞の全亜類型が一緒に接着した形態で、前記容器からバイオリアクターのチャンバ内へ移送される、請求項4に記載の方法。   5. The method according to claim 4, wherein the human induced pluripotent stem cells are transferred from the container into the chamber of the bioreactor in a form in which all sub-types of immature liver-like cells adhere together. 前記ヒト人工多能性幹細胞は、未熟肝様細胞の全亜類型が一緒に接着した形態で、前記バイオリアクターのチャンバ内で成熟させられる、請求項7に記載の方法。   8. The method according to claim 7, wherein the human induced pluripotent stem cells are matured in the chamber of the bioreactor in a form in which all sub-types of immature liver-like cells are adhered together.
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